Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Nano ZnO Từ Than Hoạt Tính Ứng Dụng Xử Lý Ciprofloxacin Trong Môi Trường Nước

• Tác giả: Tống Thị Loan
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quốc Toàn
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnO Từ Than Hoạt Tính Để Xử Lý Ciprofloxacin Trong Nước
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục tiêu của đề tài
• 0.2. Giới thiệu chúng về kháng sinh
• 0.3. Kháng sinh quinolone
• 0.4. Giới thiệu về kháng sinh Ciprofloxacin
• 0.5. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh và ô nhiễm do sử dụng thuốc kháng sinh
• 0.5.1. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh trên thế giới
• 0.5.2. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam
• 0.5.3. Sự phát sinh và ô nhiễm kháng sinh trong nước
• 0.6. Vật liệu nano ZnO
• 0.6.1. Cấu trúc và đặc tính của nano ZnO
• 0.6.2. Các phương pháp tổng hợp vật liệu oxit kim loại trên nền cacbon xốp
• 0.7. Tình hình nghiên cứu xử lý kháng sinh trong và ngoài nước
• 0.7.1. Tình hình nghiên cứu xử lý kháng sinh ngoài nước
• 0.7.2. Tình hình nghiên cứu xử lý kháng sinh trong nước
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chúng về kháng sinh
• 1.1.1. Khái niệm
• 1.2. Kháng sinh quinolone
• 1.3. Giới thiệu về kháng sinh Ciprofloxacin
• 1.4. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh và ô nhiễm do sử dụng thuốc kháng sinh
• 1.4.1. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnO Xử Lý Nước 55 ký tự

Nghiên cứu về ứng dụng vật liệu nano ZnO trong xử lý nước đang ngày càng trở nên quan trọng do khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hiệu quả. Đặc biệt, sự xuất hiện của các chất kháng sinh như Ciprofloxacin trong nguồn nước đặt ra thách thức lớn. Bài viết này tập trung vào việc sử dụng than hoạt tính làm nền để tổng hợp vật liệu nano ZnO, từ đó nâng cao hiệu quả hấp phụ Ciprofloxacin. Mục tiêu chính là tạo ra một phương pháp xử lý Ciprofloxacin hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Theo nghiên cứu của Tống Thị Loan (2022), vật liệu nanocomposite ZnO/C có tiềm năng lớn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ.

1.1. Giới Thiệu Ô Nhiễm Ciprofloxacin Trong Nước

Ciprofloxacin (CFX) là một loại kháng sinh fluoroquinolone được sử dụng rộng rãi trong y tế và thú y. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi này dẫn đến sự tồn tại của CFX trong môi trường nước, gây ra những lo ngại về sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Ô nhiễm Ciprofloxacin có thể thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc, làm giảm hiệu quả điều trị bệnh. Việc loại bỏ CFX khỏi nguồn nước là vô cùng cấp thiết. Nghiên cứu đã chỉ ra, CFX có thời gian bán hủy khá dài trong môi trường nước.

1.2. Ưu Điểm Của Vật Liệu Nano ZnO Trong Xử Lý Nước

Vật liệu nano ZnO có nhiều ưu điểm vượt trội so với các vật liệu truyền thống trong xử lý nước. Kích thước nhỏ, diện tích bề mặt lớn và khả năng quang xúc tác cao giúp ZnO có thể hấp phụ Ciprofloxacin và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ khác một cách hiệu quả. Ngoài ra, ZnO tương đối rẻ tiền và dễ tổng hợp, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong phương pháp xử lý nước. Nghiên cứu của Tống Thị Loan (2022) cho thấy ZnO có độ rộng vùng cấm phù hợp cho quang xúc tác.

II. Thách Thức Xử Lý Ciprofloxacin Bằng Vật Liệu Nano ZnO 58 ký tự

Mặc dù vật liệu nano ZnO có nhiều ưu điểm, việc ứng dụng trực tiếp ZnO vào xử lý nước còn gặp nhiều khó khăn. ZnO có xu hướng kết tụ, làm giảm diện tích bề mặt và hiệu quả hấp phụ Ciprofloxacin. Hơn nữa, khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu sau quá trình xử lý nước cũng là một thách thức. Do đó, cần có các phương pháp cải tiến để nâng cao hiệu quả và tính bền vững của vật liệu nano ZnO. Than hoạt tính được sử dụng để giải quyết vấn đề này.

2.1. Khả Năng Kết Tụ Của Hạt Nano ZnO Ảnh Hưởng Thế Nào

Sự kết tụ của các hạt nano ZnO làm giảm đáng kể diện tích bề mặt than hoạt tính tiếp xúc với chất ô nhiễm, từ đó làm giảm hiệu quả hấp phụ Ciprofloxacin. Việc phân tán ZnO trên một nền vật liệu có diện tích bề mặt lớn như than hoạt tính là một giải pháp hiệu quả để khắc phục vấn đề này. Điều này giúp duy trì kích thước hạt nano và tăng cường khả năng tiếp xúc với Ciprofloxacin. Sự kết tụ làm giảm khả năng tái sử dụng vật liệu.

2.2. Vấn Đề Thu Hồi Và Tái Sử Dụng Vật Liệu Nano ZnO

Việc thu hồi vật liệu nano ZnO sau quá trình xử lý nước là một thách thức lớn. Các hạt nano có kích thước rất nhỏ, khó thu hồi bằng các phương pháp thông thường như lọc. Việc sử dụng than hoạt tính làm nền giúp cố định ZnO, tạo thành một vật liệu hấp phụ dễ thu hồi và tái sử dụng. Điều này giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững của quy trình xử lý Ciprofloxacin.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Vật Liệu Nano ZnO Than Hoạt Tính 57 ký tự

Để giải quyết các thách thức trên, nghiên cứu này sử dụng than hoạt tính làm nền để tổng hợp vật liệu nano ZnO. ZnO biến tính than hoạt tính tạo ra một vật liệu hấp phụ composite có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ Ciprofloxacin cao và dễ thu hồi. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano bao gồm các bước: hoạt hóa than trấu, tạo nano ZnO bằng phương pháp hóa siêu âm, kết hợp nano ZnO với than hoạt tính thông qua quá trình ủ nhiệt.

3.1. Quy Trình Hoạt Hóa Than Trấu Tạo Than Hoạt Tính

Than trấu là một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào. Quá trình hoạt hóa than trấu bao gồm các bước: rửa sạch, sấy khô, nhiệt phân và hoạt hóa bằng hóa chất hoặc nhiệt. Quá trình này tạo ra một than hoạt tính có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp phụ cao. Diệt tích bề mặt than hoạt tính là yếu tố quan trọng trong quá trình hấp phụ.

3.2. Tổng Hợp Nano ZnO Bằng Phương Pháp Hóa Siêu Âm

Phương pháp hóa siêu âm là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp vật liệu nano ZnO với kích thước và hình dạng được kiểm soát. Quá trình này sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các bong bóng cavitation, tạo điều kiện cho phản ứng hóa học diễn ra nhanh chóng và đồng đều. Kết quả là các hạt nano ZnO có kích thước hạt nano ZnO nhỏ và độ tinh khiết cao.

3.3. Kết Hợp Nano ZnO Với Than Hoạt Tính Ủ Nhiệt

Sau khi tổng hợp nano ZnO và than hoạt tính, hai vật liệu này được kết hợp với nhau thông qua quá trình ủ nhiệt. Quá trình này giúp ZnO phân tán đều trên bề mặt than hoạt tính, tạo ra một vật liệu nanocomposite ZnO/C có tính chất vượt trội. Nhiệt độ ủ và thời gian ủ là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu hấp phụ.

IV. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Ciprofloxacin Bằng ZnO C 60 ký tự

Hiệu quả xử lý Ciprofloxacin của vật liệu nanocomposite ZnO/C được đánh giá thông qua các thí nghiệm hấp phụ Ciprofloxacin trong môi trường nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Ciprofloxacin như pH, nồng độ Ciprofloxacin ban đầu, liều lượng vật liệu hấp phụ và thời gian tiếp xúc được khảo sát. Kết quả cho thấy ZnO biến tính than hoạt tính có khả năng loại bỏ Ciprofloxacin hiệu quả.

4.1. Ảnh Hưởng Của pH Đến Khả Năng Hấp Phụ Ciprofloxacin

Ảnh hưởng pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ciprofloxacin của vật liệu hấp phụ. pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của vật liệu nano ZnO và độ tan của Ciprofloxacin. Thường thì, hiệu quả hấp phụ cao nhất đạt được ở một khoảng pH nhất định, phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và chất ô nhiễm. Dựa trên nghiên cứu, sự phân hủy Ciprofloxacin phụ thuộc vào độ pH.

4.2. Khảo Sát Ảnh Hưởng Nồng Độ Ciprofloxacin Ban Đầu

Nồng độ Ciprofloxacin ban đầu ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposite ZnO/C. Ở nồng độ thấp, vật liệu có đủ vị trí hấp phụ để loại bỏ Ciprofloxacin hiệu quả. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, các vị trí hấp phụ có thể bị bão hòa, làm giảm hiệu quả xử lý Ciprofloxacin. Dựa trên kết quả, việc xác định nồng độ ban đầu rất quan trọng để đánh giá chất xúc tác.

4.3. Ảnh Hưởng Của Liều Lượng Vật Liệu Hấp Phụ ZnO C

Liều lượng vật liệu hấp phụ là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả xử lý Ciprofloxacin. Tăng liều lượng vật liệu có thể làm tăng số lượng vị trí hấp phụ và tăng tốc độ loại bỏ Ciprofloxacin. Tuy nhiên, vượt quá một liều lượng nhất định có thể không mang lại hiệu quả đáng kể và làm tăng chi phí. Cần xác định liều lượng tối ưu để đạt hiệu quả cao nhất. Nghiên cứu đã chỉ ra, khối lượng vật liệu quang xúc tác ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý Ciprofloxacin.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu ZnO C Thực Tế 60 ký tự

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/C từ than trấu và chứng minh hiệu quả của vật liệu này trong xử lý Ciprofloxacin trong môi trường nước. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng loại bỏ Ciprofloxacin cao, ổn định và có thể tái sử dụng vật liệu. Ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nước mang lại tiềm năng lớn trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước do kháng sinh.

5.1. Tái Sử Dụng Vật Liệu Nano ZnO Than Hoạt Tính

Khả năng tái sử dụng vật liệu là một yếu tố quan trọng để đánh giá tính bền vững của quy trình xử lý Ciprofloxacin. Nghiên cứu cho thấy vật liệu nanocomposite ZnO/C có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hiệu quả hấp phụ. Quá trình tái sinh vật liệu có thể được thực hiện bằng cách rửa vật liệu bằng dung môi hoặc nung ở nhiệt độ cao.

5.2. Cơ Chế Hấp Phụ Ciprofloxacin Của Vật Liệu ZnO C

Cơ chế hấp phụ Ciprofloxacin của vật liệu nanocomposite ZnO/C có thể bao gồm các quá trình: hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học và quang xúc tác. Than hoạt tính cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp phụ Ciprofloxacin, trong khi nano ZnO có khả năng quang xúc tác, phân hủy Ciprofloxacin dưới tác dụng của ánh sáng. Việc nghiên cứu cơ chế hấp phụ giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Vật Liệu Nano ZnO 54 ký tự

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của vật liệu nanocomposite ZnO/C trong xử lý Ciprofloxacin trong môi trường nước. Vật liệu hấp phụ này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô nhỏ và lớn. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu các phương pháp cải tiến để tăng cường hiệu quả quang xúc tác của ZnO và giảm chi phí sản xuất vật liệu.

6.1. Mở Rộng Nghiên Cứu Với Các Loại Kháng Sinh Khác

Nghiên cứu này tập trung vào xử lý Ciprofloxacin, nhưng cần mở rộng nghiên cứu với các loại kháng sinh khác để đánh giá tính ứng dụng rộng rãi của vật liệu nanocomposite ZnO/C. Các loại kháng sinh khác nhau có thể có các đặc tính hóa học khác nhau, ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và phân hủy. Do đó, cần điều chỉnh quy trình tổng hợp vật liệu để tối ưu hóa hiệu quả xử lý cho từng loại kháng sinh.

6.2. Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Trong Điều Kiện Thực Tế

Các thí nghiệm trong nghiên cứu này được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm. Cần nghiên cứu ứng dụng vật liệu trong điều kiện thực tế, ví dụ như xử lý nước thải từ bệnh viện hoặc trang trại chăn nuôi. Điều kiện thực tế có thể phức tạp hơn, với sự hiện diện của các chất ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Ciprofloxacin. Sự phân hủy Ciprofloxacin là một quá trình phức tạp, cần được nghiên cứu sâu hơn.

Tổng quan nghiên cứu

Kháng sinh là nhóm dược phẩm quan trọng trong điều trị và phòng ngừa bệnh cho con người và động vật, tuy nhiên, chỉ khoảng 25-75% lượng kháng sinh được hấp thu và chuyển hóa, phần còn lại thải ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Ciprofloxacin (CFX), một kháng sinh nhóm fluoroquinolone phổ rộng, được sử dụng rộng rãi trong y tế và chăn nuôi, có độ bền cao trong môi trường nước với thời gian bán hủy lên đến 90 ngày trong nước tinh khiết có ánh sáng. Tình trạng ô nhiễm kháng sinh trong nước làm gia tăng nguy cơ phát triển vi khuẩn kháng thuốc, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

Mục tiêu nghiên cứu là chế tạo vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính từ than trấu và ứng dụng vật liệu này để xử lý hiệu quả Ciprofloxacin trong môi trường nước bằng phương pháp quang xúc tác. Nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Thái Nguyên trong năm 2022, nhằm phát triển vật liệu quang xúc tác có chi phí thấp, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kháng sinh trong nước, đặc biệt là các hợp chất khó phân hủy như Ciprofloxacin.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết quang xúc tác bán dẫn: ZnO là vật liệu bán dẫn có năng lượng vùng cấm rộng (3,27 eV), tương đương TiO2, có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại và tạo ra các gốc oxy hóa mạnh để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước.
• Mô hình vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính: Than hoạt tính có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, giúp tăng khả năng hấp phụ và phân tán các hạt nano ZnO, giảm sự tái kết hợp điện tử - lỗ trống, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.
• Khái niệm pKa và dạng tồn tại của Ciprofloxacin: CFX có hai giá trị pKa là 6,1 và 8,7, tồn tại dưới dạng cation, lưỡng cực hoặc anion tùy theo pH môi trường, ảnh hưởng đến sự hấp phụ và hiệu quả xử lý.
• Phương pháp quang phổ UV-Vis: Sử dụng để xác định nồng độ CFX dựa trên độ hấp thụ ánh sáng tại bước sóng 272 nm, theo định luật Lambert-Beer.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Vật liệu than trấu thu thập tại các nhà máy xay xát tỉnh Thái Nguyên; hóa chất Zn(NO3)2, NaOH, dung dịch Ciprofloxacin chuẩn.
• Phương pháp chế tạo vật liệu: Than trấu được chuyển hóa thành than hoạt tính (RH) qua nhiệt phân yếm khí ở 800°C; nano ZnO tổng hợp bằng phương pháp hóa siêu âm; vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính (RHZ) được tổng hợp bằng phương pháp siêu âm kết hợp ủ nhiệt ở 400°C.
• Phương pháp phân tích vật liệu: Sử dụng XRD để xác định cấu trúc tinh thể, SEM và EDX để khảo sát hình thái và thành phần hóa học, FT-IR để phân tích nhóm chức bề mặt, BET để đo diện tích bề mặt riêng.
• Phương pháp thí nghiệm xử lý CFX: Thí nghiệm quang xúc tác sử dụng đèn UVA 8W, khảo sát ảnh hưởng của pH (3-9), khối lượng vật liệu (200-500 mg), nồng độ CFX ban đầu (10-100 ppm), thời gian chiếu sáng (30-180 phút). Nồng độ CFX được xác định bằng máy UV-Vis tại 272 nm.
• Timeline nghiên cứu: Chế tạo vật liệu và phân tích đặc trưng trong 3 tháng đầu; thí nghiệm quang xúc tác và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong 3 tháng tiếp theo; tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng vật liệu RHZ:

   • Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính (RH) là 467,8 m²/g, giảm còn 255,2 m²/g sau khi tổ hợp với nano ZnO (RHZ) do các hạt ZnO lấp đầy lỗ xốp.
   • Ảnh SEM cho thấy hạt nano ZnO đa giác bám đều trên bề mặt than hoạt tính, cấu trúc nano rõ rệt.
   • Phổ XRD xác nhận cấu trúc wurtzite của ZnO và sự hiện diện đồng thời của than hoạt tính trong RHZ.
   • FT-IR cho thấy sự thay đổi dao động liên kết Zn-O khi tạo thành RHZ, chứng tỏ sự tương tác giữa ZnO và than hoạt tính.

2. Xây dựng đường chuẩn UV-Vis:

   • CFX có đỉnh hấp thụ tại 272 nm.
   • Đường chuẩn tuyến tính với hệ số tương quan R² = 0,9982, phù hợp để xác định nồng độ CFX trong dung dịch.

3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quang xúc tác:

   • Hiệu suất phân hủy CFX cao nhất đạt 86,84% tại pH = 5 sau 180 phút chiếu sáng.
   • Ở pH < 6,1, CFX tồn tại dạng cation, tăng hấp phụ trên bề mặt âm điện của RHZ, thúc đẩy quá trình quang xúc tác.
   • Khi pH > 6,1, CFX tồn tại dạng lưỡng cực hoặc anion, giảm hiệu quả hấp phụ và phân hủy.

4. Ảnh hưởng khối lượng vật liệu:

   • Hiệu suất xử lý tăng khi tăng khối lượng vật liệu từ 200 mg đến 400 mg, đạt tối ưu tại 400 mg.
   • Khi khối lượng vượt quá 400 mg, hiệu suất không tăng đáng kể do hiện tượng che khuất ánh sáng và giảm hiệu quả quang xúc tác.

5. Ảnh hưởng nồng độ CFX ban đầu:

   • Hiệu suất phân hủy giảm khi nồng độ CFX tăng từ 10 ppm lên 100 ppm, do sự cạnh tranh hấp phụ và giới hạn số lượng gốc oxy hóa tạo ra.

6. So sánh hiệu quả quang xúc tác giữa đèn UVA và đèn XENON:

   • Đèn UVA cho hiệu suất phân hủy CFX cao hơn đèn XENON trong cùng điều kiện thí nghiệm, do bước sóng phù hợp với năng lượng vùng cấm của ZnO.

7. Khả năng tái sử dụng vật liệu RHZ:

   • Vật liệu RHZ giữ được hiệu suất phân hủy trên 80% sau 4 lần sử dụng, cho thấy tính ổn định và khả năng tái sử dụng cao.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả quang xúc tác của vật liệu RHZ được cải thiện nhờ sự kết hợp giữa diện tích bề mặt lớn của than hoạt tính và tính chất quang xúc tác của nano ZnO. Sự giảm diện tích bề mặt riêng sau khi tổ hợp không làm giảm hiệu quả xử lý do tăng cường hấp phụ và giảm tái kết hợp điện tử - lỗ trống. Kết quả pH tối ưu phù hợp với dạng ion hóa của CFX, tương tự các nghiên cứu về quang xúc tác các kháng sinh khác. Việc tăng khối lượng vật liệu giúp tăng số lượng vị trí hoạt động nhưng vượt quá mức gây cản trở ánh sáng, làm giảm hiệu quả. Hiệu suất giảm khi nồng độ CFX cao do giới hạn gốc oxy hóa và hấp phụ. So sánh đèn UVA và XENON cho thấy bước sóng UVA phù hợp hơn với vùng hấp thụ của ZnO, nâng cao hiệu quả phân hủy. Khả năng tái sử dụng cao của RHZ là ưu điểm quan trọng cho ứng dụng thực tế, giảm chi phí vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hiệu suất phân hủy theo thời gian, pH, khối lượng vật liệu và nồng độ CFX, cùng bảng tổng hợp đặc trưng vật liệu và hiệu suất tái sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng vật liệu RHZ trong xử lý nước thải y tế và chăn nuôi:

   • Triển khai hệ thống quang xúc tác sử dụng vật liệu RHZ tại các nhà máy xử lý nước thải bệnh viện và trang trại chăn nuôi để loại bỏ kháng sinh Ciprofloxacin.
   • Mục tiêu giảm nồng độ CFX trong nước thải xuống dưới ngưỡng an toàn trong vòng 6-12 tháng.

2. Nâng cao hiệu quả xử lý qua điều chỉnh pH và liều lượng vật liệu:

   • Khuyến nghị duy trì pH môi trường xử lý khoảng 5 để tối ưu hiệu suất quang xúc tác.
   • Sử dụng khối lượng vật liệu khoảng 400 mg/lít dung dịch để cân bằng hiệu quả và chi phí.

3. Phát triển quy trình tái sử dụng vật liệu:

   • Xây dựng quy trình tái sinh vật liệu RHZ bằng ngâm rửa và siêu âm để duy trì hiệu suất trên 80% sau ít nhất 4 lần sử dụng.
   • Giảm chi phí vận hành và tăng tính bền vững cho công nghệ.

4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại kháng sinh khác và môi trường nước thực tế:

   • Thử nghiệm xử lý các kháng sinh nhóm quinolone khác và hỗn hợp kháng sinh trong nước thải thực tế.
   • Thời gian nghiên cứu mở rộng 12-18 tháng, phối hợp với các cơ sở xử lý nước thải.

5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ:

   • Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp về quy trình chế tạo và ứng dụng vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính.
   • Hỗ trợ chuyển giao công nghệ trong vòng 1 năm sau khi hoàn thành nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Môi trường:

   • Nắm bắt kiến thức về vật liệu nano ZnO, phương pháp quang xúc tác và ứng dụng xử lý kháng sinh trong nước.
   • Áp dụng làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

2. Cơ quan quản lý môi trường và y tế công cộng:

   • Hiểu rõ tác động của kháng sinh trong môi trường nước và các giải pháp xử lý hiệu quả.
   • Hỗ trợ xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm kháng sinh.

3. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý nước thải:

   • Áp dụng công nghệ quang xúc tác với vật liệu RHZ để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chứa kháng sinh.
   • Giảm chi phí và tăng tính bền vững trong hoạt động sản xuất.

4. Người làm trong lĩnh vực chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản:

   • Hiểu về nguy cơ ô nhiễm kháng sinh và các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả.
   • Áp dụng công nghệ để giảm thiểu tác động môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính có ưu điểm gì so với ZnO đơn thuần?
   Vật liệu tổ hợp RHZ có diện tích bề mặt lớn, giảm sự tái kết hợp điện tử - lỗ trống, tăng khả năng hấp phụ và hiệu suất quang xúc tác, đồng thời ổn định hơn trong quá trình sử dụng.

2. Tại sao pH ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Ciprofloxacin?
   Ciprofloxacin có hai giá trị pKa, dạng ion hóa thay đổi theo pH, ảnh hưởng đến sự hấp phụ trên bề mặt vật liệu và khả năng tạo gốc oxy hóa, từ đó tác động đến hiệu suất phân hủy.

3. Có thể tái sử dụng vật liệu RHZ bao nhiêu lần mà không giảm hiệu quả?
   Nghiên cứu cho thấy RHZ giữ hiệu suất trên 80% sau 4 lần tái sử dụng, với quy trình tái sinh bằng ngâm rửa và siêu âm.

4. Phương pháp quang xúc tác có thể áp dụng cho các loại kháng sinh khác không?
   Có thể, vật liệu nano ZnO và các vật liệu quang xúc tác tương tự đã được nghiên cứu để xử lý nhiều loại kháng sinh khác nhau, tuy nhiên hiệu quả phụ thuộc vào đặc tính hóa học của từng loại.

5. Làm thế nào để ứng dụng công nghệ này trong thực tế?
   Cần thiết kế hệ thống quang xúc tác phù hợp với quy mô xử lý nước thải, điều chỉnh pH và liều lượng vật liệu, đồng thời xây dựng quy trình tái sử dụng vật liệu để đảm bảo hiệu quả và kinh tế.

Kết luận

• Đã chế tạo thành công vật liệu nano ZnO trên nền than hoạt tính (RHZ) từ than trấu với cấu trúc wurtzite và diện tích bề mặt riêng 255,2 m²/g.
• Vật liệu RHZ có khả năng quang xúc tác hiệu quả, phân hủy Ciprofloxacin trong nước đạt hiệu suất tối đa 86,84% tại pH 5 sau 180 phút chiếu sáng đèn UVA.
• Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào pH, khối lượng vật liệu và nồng độ CFX ban đầu, với khối lượng tối ưu là 400 mg/400 mL dung dịch.
• Vật liệu RHZ có khả năng tái sử dụng cao, giữ hiệu suất trên 80% sau 4 lần sử dụng.
• Đề xuất ứng dụng công nghệ quang xúc tác với vật liệu RHZ trong xử lý nước thải y tế và chăn nuôi, đồng thời phát triển quy trình tái sử dụng và mở rộng nghiên cứu cho các kháng sinh khác.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ sở xử lý nước thải thử nghiệm ứng dụng vật liệu RHZ, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng để hoàn thiện công nghệ và chuyển giao ứng dụng thực tiễn.